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2011 GIS-2 第二章 从现实世界到比特世界.ppt

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2011 GIS-2 第二章 从现实世界到比特世界.ppt
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第二章 从现实世界到比特世界地理信息系统—— 原理、方法和应用第 3 讲(一)课 题: 从现实世界到比特世界目的要求: 了解空间认知学对现实世界进行抽象的过程 ,理解地理认知模型和空间数据库模型的概念和作用,加深对空间数据和空间信息的理解。 教学重点: 地理认知模型、空间数据库模型教学难点: 认知学对现实世界进行抽象的过程教学课时: 1课时教学方法 : 讲授本次课涉及的学术前沿: 地理认知模型(面向对象 场 网络) 学习目标了解空间认知学对现实世界进行抽象的过程理解地理认知模型和空间数据库模型的概念和作用,加深对空间数据和空间信息的理解。 地理信息流与地理信息科学三个领域 1.对现实世界的地理认知 地理空间认知的含义 地图认知模型地图是客观世界的形象 —— 符号 —— 概括模型 地理客体的科学认知 ( 1)地理空间认知地理空间认知:研究人类如何认知自己赖以生存的地理环境(主要指地球的四大圈层 – 岩石圈、水圈、大气圈、生物圈),包括位置、分布、关系、变化和规律等。( 1)地理空间认知地理空间认知过程:经过地理感知、表象再现、地理记忆和地理思维四个过程,借助图像或者地图(心像地图和认知制图)来实现的。 心像地图 是人类对地理空间多次感知的基础上(实地考察、地图参考、文献阅读)综合形成的一种印象或者心理表征; 认知制图 通常发生在人类使用地图的过程中,把新近获得的信息与地图信息综合起来进行决策,如:定位、定向、导航等。制图活动过程 地图编制者的认识模型 地图使用者的认识模型 ( 2)地图认知模型( 3)地图是客观世界的形象 —— 符号 —— 概括模型 地图具有形象性,能对实际对象做出完整的、清晰的、和直观的图形描述和说明 地图是采用专门设计和事先规定的符号来反映地物、现象和地理过程 地图是通过地图制图工作者通过对地物进行取舍、图形化简、数量和质量概括、抽象出来的模型。( 4)地理客体的科学认知 地理认知:制图过程,读图过程 地理认知是地理模型的基础,是制图概括的基础 地理认知贯穿于制图概括的整个过程(设计阶段,编绘阶段)2.现实世界的抽象 OGC 九层次抽象尺度世界Dimensional world地理空间世界Geospatial world地理点列point几何特征geometry地理要素feature地理要素集合Feature collections概念世界Conceptual world现实世界Real world项目世界Project world感知世界工程世界现实世界 概念世界 地理空间世界 维度世界 项目世界 2.现实世界的抽象物理数据模型逻辑数据模型概念模型现实世界地里实体或现象最高层中间层最低层数据世界(机器)概念世界(大脑) 设计实现认知、抽象与概念模型化三层次模式3.比特世界3.1 比特世界 现实世界与数学模型的关系 3.2 GIS空间数据建模数据建模相关的概念(1)模型: 是对现实世界的模拟和抽象,是将系统的各个要素通过适当的筛选,用一定的表现规则描写出来的简明映像(2)数据模型:◇ 也是一种模型,它是现实世界数据特征的抽象,表示实体以及实体间的联系。◇ 根据一定的方案建立的数据逻辑组织方式。◇ 对数据库而言,数据模型反映了数据的整体逻辑结构,或用户所看到的数据之间的逻辑结构,反应了实体之间的逻辑关系。 3.2 GIS空间数据建模数据建模相关的概念(3)数据建模: 是指把现实世界的数据组织为有用且能反映真实信息的数据集的过程。数据建模过程第一步, 选择一种数据模型来对现实世界的数据进行组织;第二步, 选择一种数据结构来表达该数据模型;第三步, 选择一种适合于记录该数据结构的文件格式。3.2 GIS空间数据建模GIS空间数据建模的基本任务:针对所研究的空间现象或问题,描述 GIS的空间数据组织,设计 GIS空间数据库模式,设计在计算机中的物理组织、存储路径和数据库结构等。空间数据模型的三个层次 3.3 GIS空间数据模型的概念与分类一、空间数据模型的发展与数据库技术的发展密切相关。 第一代层次与网状数据库(以 1969年 IBM公司研制的 IMS为标志)带动了 GIS层次数据模型( Hierarchical Model)和网络数据模型(Network Data Model)的发展; 第二代关系数据库(以 Oracle, SQL Server, Sybase为代表)带动了 GIS关系数据模型的发展; 而面向对象的数据模型技术对数据库技术的发展产生了深远的影响,成为第三代数据库系统的主要标志,进而促进了 GIS面向对象数据模型 Object-oriented Data Model)的发展。第三代数据库系统的主要特点是数据库技术和其他技术相结合,表现为分布式数据库、工程数据库、演绎数据库、多媒体数据库、地理数据库等新技术层出不穷,进而带动了 GIS超图数据模型的研究和发展。3.3 GIS空间数据模型的概念与分类地理空间认知模型 (概念模型)、 地理空间数据模型 (逻辑模型)、 地理空间数据结构 (物理模型),构成了对地理实体、现象及其关系,从地理现实世界到计算机世界(数据世界)的三个表达层次。 3.3 GIS空间数据模型的概念与分类3.3 GIS空间数据模型的概念与分类二、 GIS空间数据模型的概念与分类 ² GIS空间概念数据模型(基于要素的模型,网络模型,场模型) (空间认知模型)² 空间逻辑数据模型 (空间数据模型)Ø传统数据模型– 结构化逻辑数据模型 (层次、网络)– 面向操作的逻辑数据模型 (关系)Ø矢量模型,栅格模型,数字高程模型 ,面向对象模型,混合数据模型 ( TIN与矢量的一体化模型,栅格与矢量一体化的多级格网模型 )² 物理数据模型 ( 空间数据结构)设计空间数据的物理组织、空间存取方法、数据库总体存储结构等。3.3 GIS空间数据模型的概念与分类三、空间数据模型 与 空间数据结构 之间的区别与联系:空间数据模型: 是关于现实世界中空间实体及其相互间联系的概念,它为描述空间数据的组织和设计空间数据库模式提供着基本方法 。空间数据结构: 是指对空间数据进行合理的组织,以便于进行计算机处理。数据结构是数据模型和计算机文件格式之间的中间媒介。区别与联系: 两者之间的区别很模糊,事实上,空间数据模型是空间数据表达的概念模型,数据结构是数据表达的物理实现,后者是前者的具体实现。空间数据模型 空间数据结构抽象概括与概念集合代码映射与具体操作3.3 GIS空间数据模型的概念与分类空间数据模型 是人们对客观现实世界抽象表达的重要方式,处于对地理实体或现象抽象表达层次模式的中间层。它是由现实世界到计算机世界的必经之路,是定义空间数据结构、建立空间数据库的重要依据。3.3 GIS空间数据模型的概念与分类空间图形 空间图形的层次数据模型表示 四、传统数据模型1、层次模型3.3 GIS空间数据模型的概念与分类图形的网络数据模型表示 四、传统数据模型2、网络数据模型3.3 GIS空间数据模型的概念与分类四、 传统数据模型3、关系数据模型关系 4:节点坐标关系节 点 ID X Y ZV1 X1 Y1 Z1V2 X2 Y2 Z2V3 X3 Y3 Z3V4 X4 Y4 Z43.3 GIS空间数据模型的概念与分类四、 传统数据模型4、传统数据模型存在的主要问题传统的数据模型在描述空间信息方面还存在着一些问题。主要表现在:3.3 GIS空间数据模型的概念与分类(1) 层次模型用于 GIS地理数据库的局限性层次模型反映了地理世界中实体之间的层次关系,在描述地理世界中自然的层次结构关系时简单、直观,易于理解,并在一定程度上支持数据的重构。它用于 GIS地理数据库存在的主要问题是:1°很难描述复杂的地理实体之间的联系,描述多对多的关系时导致物理存储上的冗余;
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